放射 - 超音波進階成像與假影考古題解析 - 民國115年

本題觀念：

本題探討的是超音波影像學中的**組織諧波影像（Tissue Harmonic Imaging, THI）技術。諧波影像的原理是利用超音波在人體組織中傳遞時的非線性傳播（non-linear propagation）**特性。探頭發射基頻（fundamental frequency, $f_0$ ）的聲波，當聲波在組織中傳播並達到一定深度與聲壓時，會產生頻率為基頻整數倍的諧波（通常接收並利用能量最強的二次諧波，即 $2f_0$ ）來成像。這種技術能顯著改善傳統基頻影像的品質，但也有其物理限制與缺點。

選項分析

A. 降低動態範圍（Incorrect，為本題正確解答）：在諧波成像中，由於二次諧波的訊號強度遠小於基頻訊號（通常弱 20-40 dB），使得接收到的有效訊號更接近系統的背景雜訊。此外，早期為了分離基頻與諧波，必須使用窄頻帶濾波器（narrow bandwidth filter）。較弱的訊號與窄頻帶會導致影像的動態範圍（dynamic range）降低。動態範圍降低會減少影像的灰階層次，使得微細的組織回音紋理（fine echo texture）流失，這在超音波物理學中被視為諧波影像的缺點（drawback / limitation），而非優點。
B. 降低假影的產生（Correct，是優點）：諧波的產生需要較高的聲壓能量。超音波主瓣（main lobe）的能量最強，能產生明顯的諧波；而旁瓣（side lobe）或柵瓣（grating lobe）的能量較弱，不足以產生諧波。因此，諧波影像能大幅減少旁瓣與柵瓣假影。同時，因為諧波是在組織深部才逐漸累積產生，避開了探頭表面的強反射，所以也能有效減少近場的迴響假影（reverberation artifacts）。
C. 提高側向解析度（Correct，是優點）：因為諧波僅在聲束能量最強的中心區域產生，這使得諧波的有效聲束寬度（beam width）比基頻聲束還要窄。聲束變窄能直接提升影像的側向解析度（lateral resolution）。
D. 提高影像對比度（Correct，是優點）：諧波影像去除了許多低能量的背景雜訊與假影，提高了訊雜比（Signal-to-noise ratio, SNR）。雜訊的減少使得囊腫等液體結構顯得更為無回音（anechoic），實質組織的邊界更銳利，從而顯著提升了影像對比度（image contrast / contrast resolution）。

答案解析

綜合上述分析，諧波影像（THI）的主要優點包含：聲束變窄以提高側向解析度、大幅降低假影（如旁瓣、迴響假影），以及提高影像對比度與訊雜比。然而，諧波訊號能量較弱且傳統上需限制頻寬，導致其動態範圍降低（灰階層次變少，喪失部分細微組織紋理），這是該技術的物理限制與缺點，近年來多仰賴脈衝反相（Pulse Inversion）等技術來彌補此缺陷。因此，「降低動態範圍」不是諧波影像的優點。

核心知識點

醫事放射師國考中，針對「諧波影像（THI）」必須掌握以下核心特性：

發射與接收：發射低頻（基頻 $f_0$ ），接收高頻（二次諧波 $2f_0$ ）。
主要優勢（Advantages）：
- 側向解析度提升（聲束寬度變窄）。
- 假影減少（有效抑制旁瓣假影 side lobe artifact、迴響假影 reverberation artifact）。
- 對比解析度/訊雜比提升（影像較清晰，特別適合肥胖或掃描困難的病患）。
主要劣勢（Disadvantages）：
- 穿透力下降（高頻訊號衰減快）。
- 軸向解析度可能下降（若使用傳統頻寬濾波，因波長變長而降低；但若使用脈衝反相技術則可改善）。
- 動態範圍較低（訊號弱導致灰階層次減少）。
脈衝反相（Pulse Inversion THI）：連續發射兩個相位差 180 度的脈衝，相加後可抵消基頻，保留並增強諧波，能有效改善傳統 THI 頻寬受限與動態範圍較低的問題。

下列何者不是諧波影像（ harmonic imaging ）的優點？

詳細解析

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核心知識點

參考資料